JP2016055510A - インクジェット記録装置及びインクジェット記録方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インクジェット記録装置Sは、インク液を噴射してインク液滴にするノズルと、インク液滴を帯電させる帯電電極と、帯電したインク液滴を偏向させる正負一対の偏向電極と、を有する第1インクジェットユニット21及び第2インクジェットユニット22を備えるインクジェットヘッド2を有し、偏向電極21c,22cは正極と負極とが交互に配置され、正極によって挟まれた負極を有する偏向電極21cは、当該負極のノズル21a側に設けられてその周囲の電界を補正する電界補正部G1を有する。
【選択図】図2
Description
また、特許文献2では、電界シールド板を設置することで、偏向電極からの電界の影響が帯電電極に及ばないようにしているが、各偏向電極の電界は干渉し合うため、前記した問題は解決されない。
<インクジェット記録装置の構成>
図1は、第1実施形態に係るインクジェット記録装置Sの外観斜視図である。
インクジェット記録装置Sは、被印字物F(図2参照)に向けてインク液滴を噴射することで、被印字物Fに文字等を印字する2ノズル型の記録装置である。インクジェット記録装置Sは、例えば、ベルトコンベアで次々と運ばれてくる飲料缶(被印字物F)に識別記号等を印字する際に用いられる。インクジェット記録装置Sは、本体部1と、インクジェットヘッド2と、ケーブル3と、を備えている。
本体部1は、主に、インク容器31と、溶剤容器41と、インクジェットヘッド2にインクを供給するためのインク供給部材(ポンプ52等)と、後記するガター21d,22dで回収されたインクをインク容器31に戻すためのインク回収部材(ポンプ63等)と、制御装置70と、を備えている。
なお、インク供給部材及びインク回収部材が備える各機器については、詳細な説明を省略する。
すなわち、制御装置70は、ポンプ類及び弁類を制御し、インク供給管51を介してノズル21a,22aにインクを供給するとともに、ガター21d,22dで回収したインクをインク容器31に戻す。
また、制御装置70は、被印字物Fを検知するセンサ(図示せず)の検出結果等に基づき、図3に示すx軸方向に被印字物Fを搬送する搬送機構(図示せず)を制御する。
また、制御装置70は、印字すべき文字等のパターンデータに基づき、帯電電圧制御部71(図3参照)によって帯電電極21b、22bの電圧を変化させ、また、偏向電圧制御部72(図3参照)によって偏向電極21c,22cに所定電圧を印加する。
図3は、インクジェット記録装置Sが備える第1インクジェットユニット21及び第2インクジェットユニット22の模式的な縦断面図である。なお、図3では、ヘッドカバー23(図2参照)の図示を省略した。
第1インクジェットユニット21は、インク供給管51において一方側に分流したインクをインク液滴として被印字物Fに噴射するものである。第1インクジェットユニット21は、ノズル21aと、帯電電極21bと、偏向電極21cと、ガター21dと、位相センサ21e(図2参照)と、を備えている。
偏向電極21cの正極P1には、偏向電圧制御部72からの指令に応じて、直流電源(図示せず)から所定電圧(例えば、5.7kV)が印加される。図3に示すように、正極P1は、縦断面視において折線状を呈している。
正負一対の偏向電極21cは、y軸方向において負極N1から僅かに(例えば、0.5mm)離れた位置にインク液滴が入射するように配置されている。帯電電極21bで帯電したインク液滴は、その帯電量に応じて偏向電極21cでy軸方向の正側に移動し、ヘッドカバー23(図2参照)の開口h1(図2参照)を介して被印字物Fに付着する。
なお、電界補正部G1の材料として、セラミックス、エチレン樹脂、フェノール樹脂、ガラス等を用いることができる。また、負極N1をノズル21a側にさらに延ばし、この延ばした部分の表面に絶縁材料を塗布又は蒸着することで「電界補正部」を形成するようにしてもよい。
なぜなら、発明者らが実験した結果、電界補正部G1を前記した長さにすることで、偏向電極21cのノズル21a側の電界分布と、偏向電極22cのノズル22a側の電界分布と、を略同じにすることができたからである。なお、電界補正部G1の長さL1は、実験やシミュレーションに基づいて適宜設定される。
図3に示す第2インクジェットユニット22は、インク供給管51において他方側に分流したインクをインク液滴として被印字物Fに噴射するものである。第2インクジェットユニット22は、ノズル22aと、帯電電極22bと、偏向電極22cと、ガター22dと、位相センサ22e(図2参照)と、を備えている。
なお、偏向電極21cの負極N1と、偏向電極22cの正極P2とは、y軸方向のコンパクト化を考慮しつつ、両者間にアーク(異常放電)が発生しないように適度に離して配置されている。
本実施形態に係るインクジェット記録装置Sの作用・効果の説明に先立って、電界補正部G1を備えない比較例の電界分布について簡単に説明する。
図13は、比較例に係るインクジェット記録装置が備える第1インクジェットユニット及び第2インクジェットユニットの模式的な縦断面図である。図13に示す比較例では、偏向電極21cが電界補正部G1(図3参照)を備えない構成になっている。
この電界0[V/m]の領域は、偏向電極21cの負極N1のノズル21a側の端部付近にまで食い込むように広がっている。
前記したように、偏向電極21cの負極N1には、絶縁性の電界補正部G1が設けられている。したがって、正極P2から出て負極N1に向かう電気力線は、電界補正部G1を迂回するように分布する。同様に、正極P1から出て負極N2に向かう電気力線も、電界補正部G1を迂回するように分布する。つまり、電界補正部G1によって正極P1,P2からの電界が遮られる。
また、偏向電極21cの負極N1に電界補正部G1を設ければよく、インクジェットヘッド2の構造を複雑化する必要がない。したがって、インクジェット記録装置Sの製造コストの増加を抑制できる。
第2実施形態は、偏向電極22c(図5参照)の負極N2にも絶縁性の電界補正部G2(第2電界補正部)を設ける点が第1実施形態と異なるが、その他については第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
第2実施形態では、第2インクジェットユニット22(図2参照)の偏向電極22cも、周囲の電界を補正するための電界補正部G2を備えている。この電界補正部G2は、板状を呈する絶縁体であり、負極N2のノズル22a側に設置されている。なお、負極N1が正極P1,P2によってy軸方向で挟まれているのに対し、他方の負極N2は正極によって挟まれていない。
図6は、インクジェット記録装置Sにおける偏向電極21c,22cの周囲の電界を示す電界分布図である。図6に示すように、偏向電極21cのノズル21a側と、偏向電極22cのノズル22aと、は同様の電界分布になっている。前記したように、電気力線が電界補正部G1,G2の両方に入らないため、第1実施形態と比較して、特に電界6.15〜6.5[MV/m]の分布の仕方が領域K1,K2で非常に似通っている。
したがって、インク液滴の帯電量に対応する偏向量を第1インクジェットユニット21と第2インクジェットユニット22とで略同一にすることができ、略同じ高さ(y軸方向)及び形態の文字を印字できる。
第3実施形態は、電界補正部H1(第1電界補正部:図7参照)が、絶縁体ではなく導体である点が第1実施形態と異なるが、その他については第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
第1インクジェットユニット21(図2参照)の偏向電極21cは、電界補正部H1を備えている。この電界補正部H1は、導電性の金属板(例えば、ステンレス鋼板)であり、負極N1のノズル21a側に設置されている。なお、電界補正部H1を負極N1と別体としてもよいし、負極N1と共に一体成形してもよい。また、アーク放電を防止するために、電界補正部H1の角部を面取り加工して丸くする(いわゆるR面取りを設ける)ことが好ましい。
本実施形態によれば、偏向電極21cの負極N1に導電性の電界補正部H1を設けることで、第1インクジェットユニット21(図2参照)及び第2インクジェットユニット22(図2参照)によって、略同じ高さ(y軸方向)及び形態の文字等を印字できる。
また、電界補正部H1を負極N1と一体成形する場合には、電界補正部H1が負極N1と別体である場合と比較して、偏向電極21cの加工が容易になるとともに、その製造コストを低減できる。
第4実施形態は、偏向電極22c(図8参照)の負極N2にも導電性の電界補正部H2(第2電界補正部)を設ける点が第3実施形態と異なるが、その他については第3実施形態と同様である。したがって、第3実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
偏向電極22cは、導電性の金属板(例えば、ステンレス鋼板)である電界補正部H2を備えている。この電界補正部H2は、負極N2のノズル22a側に設けられている。なお、電界補正部H2を、負極N2と別体としてもよいし、負極N2と一体成形してもよい。
なお、図8では、一方の電界補正部H1がノズル21a側に延びる長さL1と、他方の電界補正部H2がノズル22a側に延びる長さL2と、が等しい例を図示した。このように長さL1,L2を同一にすることで、負極N1,N2を共通の部品で製造することができる。したがって、偏向電極21c,22cの製造作業を簡単化し、その製造コストを低減できる。
図9は、第4実施形態に係るインクジェット記録装置Sにおける第1インクジェットユニット21及び第2インクジェットユニット22の模式的な縦断面図である。
図9に示すように、電界補正部H1,H2の周囲(領域K1,K2)は、非常に似通った電界分布になっている。これは、電界補正部H1,H2に正極P1,P2からの電気力線が入るため、電界の強さが0[V/m]よりも大きくなるからである。したがって、インク液滴の帯電量に対応するy軸方向の偏向量を、偏向電極21c,22cにおいて略同一にすることができる。
したがって、インク液柱からいったん分断されたインク液滴を勢いよく加速させることができ、このインク液滴が、空気抵抗の比較的小さい後続のインク液滴と再び一体化することを防止できる。
第5実施形態は、電界補正部H2(図10参照)の長さL2を、電界補正部H1(図10参照)の長さL1よりも短くした点が第4実施形態と異なるが、その他については第4実施形態と同様である。したがって、第4実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
一方の偏向電極21cは、負極N1のノズル21a側に導電性の電界補正部H1(第1電界補正部)を備えている。他方の偏向電極22cは、負極N2のノズル22a側に導電性の電界補正部H2(第2電界補正部)を備えている。
電界補正部H2がノズル22a側に延びる長さL2は、電界補正部H1がノズル21a側に延びる長さL1よりも短くなっている。
前記したように、電界補正部H1,H2を設けない構成では(図13参照)、負極N1のノズル21a側の端部付近で電界0[V/m]になり、また、負極N2のノズル22a側の端部付近の電界が0[V/m]よりも強くなる。
本実施形態では、電界補正部H2の長さL2が電界補正部H1の長さL1よりも短くすることで、電界補正部H2を設けたことによる電界の補正量を、電界補正部H1を設けたことによる電界の補正量よりも小さくした。これによって、偏向電極21cの周囲の電界分布と、偏向電極22cの周囲の電界分布と、を略同一にすることができる。
第6実施形態は、一方のノズル21aの軸線Q1(図11参照)と、他方のノズル22aの軸線Q2(図11参照)と、が平行でない点が第4実施形態と異なっているが、その他については第4実施形態と同様である。したがって、第4実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
図11に示すように、ノズル21aの軸線Q1とノズル22aの軸線Q2との距離が、ノズル21a,22aから離れるにつれて小さくなるように第1インクジェットユニット21(図2参照)及び第2インクジェットユニット22(図2参照)が配置されている。なお、軸線Q1,Q2がなす角(例えば、5°)は、インクジェット記録装置Sの仕様によって適宜設定される。
本実施形態によれば、前記したように各インクジェットユニット21,22(図2参照)を配置することで、第1インクジェットユニット21で印字される文字と、第2インクジェットユニット22で印字される文字と、のy軸方向のスペースを小さくできる。また、二つのインクジェットユニット21,22を用いて1つの大きな文字を印字することもできる。したがって、インクジェット記録装置Sにおいて設定可能な文字サイズを大きくすることができる。
第7実施形態は、4個のインクジェットユニット211,212,213,22(図12参照)を備える点が第5実施形態と異なっているが、その他については第5実施形態と同様である。したがって、第5実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
インクジェット記録装置Sは、3個の第1インクジェットユニット211,212,213と、1個の第2インクジェットユニット22と、を備えている。
前記した各インクジェットユニットは、ノズルの軸線Q11,Q12,Q13,Q2が平行になるように並べて配置された状態で、一つのヘッドカバー(図示せず)に収容されている。このヘッドカバーには、ノズル211a,212a,213a,22aから噴射されるインク液滴を通過させるための開口(図示せず)が4つ設けられている。また、各インクジェットユニットの偏向電極211c,212c,213c,22cは、正極と負極とがy軸方向で交互に配置されている。
なお、電界補正部H11,H12,H13,H2はそれぞれ、負極と別体であってもよいし、負極と一体であってもよい。
本実施形態によれば、電界補正部H11,H12,H13,H2を設けることで、偏向電極211c,212c,213c,22cのノズル側の電界分布の差を小さくすることができる。
また、インクジェット記録装置Sが4個のインクジェットユニット211,212,213,22を備えることで、段数の多い文字列を一度に印字することができる。したがって、インクジェット記録装置Sの処理効率を高めることができる。
以上、本発明に係るインクジェット記録装置Sについて各実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、第2実施形態(図5参照)では、電界補正部G1の長さL1と、電界補正部G2の長さL2と、が等しい場合について説明したが、これに限らない。例えば、電界補正部G1,G2を備えない比較例の電界分布(図14参照)を考慮して、電界補正部G2の長さL2を、電界補正部G1の長さL1よりも短くしてもよい。
すなわち、インクジェット記録装置Sがn個のインクジェットユニットを備える構成にしてもよい。この場合においてn対の偏向電極は、正極と負極とが交互に配置される。また、隣り合う正極によって挟まれた負極を有する(n−1)対の偏向電極はそれぞれ、負極のノズル側に設けられる第1電界補正部を有する。
この場合において、第1電界補正部がノズル側に延びる長さL1は、この第1電界補正部を有する偏向電極の正極と負極との距離の2/3以上であることが好ましい。
この場合において、第2電界補正部がノズル側に延びる長さL2を、第1電界補正部がノズル側に延びる長さL1よりも短くすることが好ましい。これによって、第2電界補正部を設けたことによる電界の補正量を、第1電界補正部を設けたことによる電界の補正量よりも小さくし、各偏向電極の周囲の電界分布を略同じにすることができるからである。
なお、第1電界補正部及び第2電界補正部は、絶縁体であってもよいし、導体であってもよい。
また、各実施形態に係るインクジェット記録装置Sは、産業用のインクジェットプリンタの他、3次元の造形を行うための3Dプリンタにも適用できる。
2 インクジェットヘッド
21,211,212,213 第1インクジェットユニット(インクジェットユニット)
21a,211a,212a,213a ノズル
21b,211b,212b,213b 帯電電極
21c,211c,212c,213c 偏向電極
P1,P11,P12,P13 正極
N1,N11,N12,N13 負極
22 第2インクジェットユニット(インクジェットユニット)
22a ノズル
22b 帯電電極
22c 偏向電極
P2 正極
N2 負極
G1,H1,H11,H12,H13 電界補正部(第1電界補正部)
G2,H2 電界補正部(第2電界補正部)
Q1,Q2 軸線
F 被印字物
Claims (11)
- インク液を噴射してインク液滴にするノズルと、
前記ノズルの噴射側に配置され、インク液滴を帯電させる帯電電極と、
正極と負極とで一対をなし、前記帯電電極で帯電したインク液滴を偏向させる偏向電極と、
を有するインクジェットユニットを、前記偏向電極の正極と負極とが交互に配置されるように複数備えるインクジェットヘッドを有し、
複数の前記偏向電極のうち、二つの正極によって挟まれた負極を有する偏向電極は、それぞれ、当該負極の前記ノズル側に設けられてその周囲の電界を補正する第1電界補正部を備えること
を特徴とするインクジェット記録装置。 - 前記第1電界補正部が前記ノズル側に延びる長さは、当該第1電界補正部を有する前記偏向電極の正極と負極との距離の2/3以上であること
を特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録装置。 - 複数の前記偏向電極のうち、二つの正極によって挟まれない負極を有する偏向電極は、当該負極の前記ノズル側に設けられてその周囲の電界を補正する第2電界補正部を有すること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載のインクジェット記録装置。 - 前記第2電界補正部が前記ノズル側に延びる長さは、前記第1電界補正部が前記ノズル側に延びる長さよりも短いこと
を特徴とする請求項3に記載のインクジェット記録装置。 - 前記第1電界補正部及び前記第2電界補正部は、絶縁体であること
を特徴とする請求項3に記載のインクジェット記録装置。 - 前記第1電界補正部及び前記第2電界補正部は、導体であること
を特徴とする請求項3に記載のインクジェット記録装置。 - 前記第1電界補正部及び前記第2電界補正部は、それぞれ、自身が属する前記インクジェットユニットの前記偏向電極の負極と一体成形されること
を特徴とする請求項6に記載のインクジェット記録装置。 - インク液を噴射してインク液滴にするノズルと、
前記ノズルの噴射側に配置され、インク液滴を帯電させる帯電電極と、
正極と負極とで一対をなし、前記帯電電極で帯電したインク液滴を偏向させる偏向電極と、
を有するインクジェットユニットを、前記偏向電極の正極と負極とが交互に配置されるように二つ備えるインクジェットヘッドを有し、
二対の前記偏向電極のうち、二つの正極によって挟まれた負極を有する偏向電極は、当該負極の前記ノズル側に設けられてその周囲の電界を補正する第1電界補正部を備えること
を特徴とするインクジェット記録装置。 - 二対の前記偏向電極のうち、二つの正極によって挟まれない負極を有する偏向電極は、当該負極の前記ノズル側に設けられてその周囲の電界を補正する第2電界補正部を有すること
を特徴とする請求項8に記載のインクジェット記録装置。 - 二つの前記ノズルの軸線同士の距離が、前記ノズルから離れるにつれて小さくなるように、二つの前記インクジェットユニットが配置されること
を特徴とする請求項8又は請求項9に記載のインクジェット記録装置。 - インク液を噴射してインク液滴にするノズルと、
前記ノズルの噴射側に配置され、インク液滴を帯電させる帯電電極と、
正極と負極とで一対をなし、前記帯電電極で帯電したインク液滴を偏向させる偏向電極と、
を有するインクジェットユニットを複数備えるインクジェットヘッドを有し、
複数の前記偏向電極は、正極と負極とが交互に配置され、
複数の前記偏向電極のうち、二つの正極によって挟まれた負極を有する偏向電極は、それぞれ、当該負極の前記ノズル側に設けられる第1電界補正部を有し、
前記第1電界補正部によって、その周囲の電界が補正されること
を特徴とするインクジェット記録方法。
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